Wie viel Prozent der Masse wird bei der Kernfusionsreaktion in Energie umgewandelt?

WolframAlpha ist das perfekte Werkzeug für solche Berechnungen:

1. Anteil der in Energie umgewandelten Masse , Ergebnis ist 0,0037681, weniger als 0,4 %.

2. Wie viel ist ein Massenfehler von 50 MT TNT , das Ergebnis ist 2,3 kg.

Wie bei Tsar Bomba ist das Schmelzmaterial natürlich nur ein kleiner Teil des eigentlichen Geräts.

Wie viel Prozent der Masse wird bei der Kernfusionsreaktion in Energie umgewandelt?

Zuerst eine Anmerkung.

Eine Fusionsbombe erzeugt einen Großteil ihrer Energie durch Spaltung

Kurz gesagt ist die Reihenfolge ungefähr so:

1. Set einer kleinen Spaltbombe.
   Dabei entstehen Röntgenstrahlen und Neutronen.
2. Die Röntgenstrahlen werden mit einem Teller Ulam-Gerät verwendet, um ein Fusionsteil zu komprimieren. Diese enthält etwas Brennstoff wie Lithiumdeuterid. (Nicht Tritium, weil es selten ist und eine lästige kurze Halbwertszeit von 12,3 Jahren hat. Und sein Zerfallsprodukt ist He3, das gerne Neutronen absorbiert).
3. Durch die Neutronen wird mehr Fusionsbrennstoff erzeugt.
   Neutron + Li6 -> Neutron + He + Tritium.
   Alternativ kann Li7 ​​verwendet werden (wie unerwartet während Castle Bravo entdeckt wurde).
4. Das komprimierte Tritium und Deuterium reagieren und erzeugen etwas Energie und mehr Neutronen.
5. Die zusätzlichen Neutronen reagieren mit dem verbleibenden Spaltmaterial (entweder im Anfangsgerät oder in der Zündkerze oder mit dem Stampfer, der aus U238 hergestellt werden kann.

Ich habe irgendwo gelesen, dass es etwa ein Prozent der Masse ist, aber ich finde das zu hoch. Ich habe auch einige Berechnungen angestellt, zum Beispiel war die Tsar Bomba eine 50-MT-Bombe und wog etwa 27 Tonnen.

Nun, Sie kennen die Sprengkraft der Bombe (etwas über 50 Megatonnen TNT).
So können Sie nachschlagen, wie viel Energie von 50 Megatonnen TNT freigesetzt wird.
Dann wandeln Sie diese Zahl in Masse um.

Obwohl ich nicht weiß, wie viel genau Fusionsbrennstoff verwendet wurde, kann ich davon ausgehen, dass ein großer Prozentsatz dieser 27 Tonnen Fusionsbrennstoff war.

Ich bin mir nicht sicher. Die Tzar Bomba war ein 100MT-Design, das einen Uran-Manipulator verwendete. Später wurde es auf 50 MT heruntergestuft, um eine Menge Verschmutzung zu vermeiden. Im ursprünglichen Design wäre also mindestens die Hälfte des Ertrags nicht direkt durch Fusion, sondern durch Spaltung erzeugt worden. Auch U238 oder Blei (als alternativer Stampfer) sind sehr schwer, während der Fusionsbrennstoff wahrscheinlich Lithiumdeuterid ist.

(Zugegeben, die Neutronen zur Freisetzung der Energie aus dem Stampfer werden hauptsächlich durch die Fusionsreaktion erzeugt).

Wenn wir also die gleiche Energiemenge aus der Masse-Energie-Gleichung erhalten möchten, bräuchten wir etwas mit einer Masse von 2,2 kg. Was beweist, was ich meine: Wenn die Fusionsreaktion ein Prozent der Brennstoffmasse in Energie umwandeln würde, würden wir nur 100 * 2,2 kg = 220 kg Fusionsbrennstoff benötigen, um die Tsar Bomba herzustellen, was meiner Meinung nach viel viel niedriger ist als die tatsächliche Zahl .

Wenn Spaltbrennstoff verwendet wird, wird er nicht vollständig in Energie umgewandelt. Stattdessen wird das Atom zerschmettert und es entstehen mehrere Teile. Typischerweise sind dies 2 oder 3 Neutronen und 2 kleinere Atome (zB 92U bis 50Zinn, 42Molybdän und Neutronen).

Nur ist die Summe der Masse dieser Bruchstücke etwas kleiner.
Es ist nicht so, dass ein Atom einfach verschwindet und irgendwie Energie freisetzt.
Ein Teil dieser Energie wird das neue Fragment sein, das sich normalerweise mit sehr hoher Geschwindigkeit bewegt. Und das wird zu Kollisionen, Röntgenstrahlen und, nun ja, Hitze führen. Viel davon.

Mir ist klar, dass dies zwei Jahre alt ist, aber ich möchte trotzdem darauf hinweisen:

Wenn man sagt, dass 1 % der Masse des Brennstoffs in Energie umgewandelt wird, bedeutet dies nur, wie viel Prozent der Masse des Brennstoffs tatsächlich fusioniert.

Somit würden Ihre in Energie umgewandelten 2,2 kg Treibstoff 2200 kg (edit: oops, 220 kg) Treibstoff darstellen, der tatsächlich einer Fusion unterzogen wurde, NICHT die Menge, die in der Bombe enthalten war. Diese Zahl wird sehr variabel sein, abhängig von der Effizienz des Designs und der Konstruktion des Geräts. In diesem Fall scheint es, dass ungefähr 1% des Kraftstoffs (je nachdem, wie viel Kraftstoff und nicht Bombenstruktur + Spaltauslöser war) reagiert haben und die anderen über 98% nur mit hoher Geschwindigkeit nach außen geblasen wurden.